Viskositet är en fysikalisk egenskap hos vätskor och gaser som betecknar deras "tjockhet" eller interna motstånd mot flöden, och kan ses som ett mått på friktion i vätskor. "Tunna" vätskor som metanol har låg viskositet, medan "tjockare" som olja har hög viskositet.

Newtons teori

När en skjuvspänning appliceras på ett fast föremål deformeras kroppen till dess att deformationen orsakar tillräckligt stor motsatt kraft för att jämvikt ska uppstå. När en skjuvspänning i stället appliceras på en vätska, t ex när en vind blåser över ytan på ett hav, sätts vätskan i rörelse och fortsätter att röra sig så länge spänningen ligger kvar. När spänningen tas bort avklingar flödet på grund av att energin skingras ut i vätskan. Ju "tjockare" vätskan är, desto större är dess motstånd mot skjuvspänningar, och desto snabbare avklingar dess flöde.

Allmänt sett kan alla flöden betraktas som bestående av lager som rör sig med olika hastighet, och vätskans "tjockhet" uppstår på grund av de skjuvspänningar mellan intilliggande lager som tillsammans motverkar den pålagda kraften.

Isaac Newton postulerade att för raka, parallella och enhetliga flöden är skjuvspänningen τ mellan lagren proportionerlig mot hastighetens gradient ∂u/∂y i vinkelrät riktning mot lagren, med andra ord, lagrens relativa rörelse.

$\backslash tau=\backslash mu\; \backslash frac\{\backslash partial\; u\}\{\backslash partial\; y\}$.

Här är konstanten μ den s k viskositetskoefficienten, viskositet eller dynamisk viskositet. Många vätskor, t ex vatten, och de flesta gaser följer Newtons kriteria och kallas newtonska vätskor. Icke newtonska vätskor uppvisar ett mer komplicerat förhållande mellan skjuvspänningen och hastighetsgradienten än ett rent linjärt sådant.

I många situationer är man intresserad med förhållandet mellan tröghetskrafter och viskösa krafter, de senare karaktäriserade av vätskans densitet ρ. Denna kvot kallas kinematisk viskositet.

$\backslash nu\; =\; \backslash frac\; \{\backslash mu\}\; \{\backslash rho\}$.

Viskositet är principen med vilken energi skingras i vätskor, normalt i form av värme.

Mätning av viskositet

Viskositet mäts med olika typer av viskositetsmätare, normalt vid 25 °C (normaltillstånd).

Måttenheter

Dynamisk viskositet

SI-enheten för dynamisk viskositet är pascal-sekund (Pa·s), vilket är lika med 1 N·s/m² eller 1 kg/(m·s). I Frankrike har det gjorts vissa försök att etablera namnet poiseuille (Pl) som beteckning för Pa·s, men utan internationell framgång.

Kinematisk viskositet

SI-enheten för kinematisk viskositet är m²/s.

Molekylärt ursprung

Det verkar naturligt att se viskositet som ett resultat av de attraktiva och repulsiva krafterna mellan molekyler. Mot det talar att gaser har påtaglig viskositet, trots att deras intermolekylära krafter är svaga, vilket antyder att andra mekanismer ligger bakom.

Gaser

Viskositet i gaser uppstår huvudsakligen från diffusionen av molekyler mellan lagren i flödet. Den kinetiska gasteorin ger noggranna förutsägelser beträffande uppträdandet hos viskositet i gaser, framför allt den att följande gäller där teorin är applicerbar:

• Viskositeten är oberoende av trycket.
• Viskositeten ökar med temperaturen.

Vätskor

I vätskor blir dessutom krafterna mellan molekylerna viktig. Detta leder till ett ytterligare bidrag till skjuvspänningen, fast den exakta mekanismen bakom detta fortfarande är omdiskuterad. Alltså gäller för vätskor:

• Viskositeten är oberoend av trycket (utom vid mycket högt tryck).
• Viskositeten sjunker med temperaturen.

Viskositet för några vanliga material

Några dynamiska viskositeter för newtonska vätskor visas nedan.

Många organiska vätskor som honung har vitt spridda värden på viskositet.

Kan fasta föremål ha viskositet?

Det hävdas vanligen att amorfa ämnen som t ex glas har viskositet, med basis i att alla fasta ämnen "flyter", om än minimalt, som ett resultat av skjuvspänningar. Företrädare för detta synsätt hävdar att distinktionen mellan fasta föremål och vätskor är oklar, och att fasta föremål bara är vätskor med hög viskositet, typiskt sett högre än 10¹² Pa·s. Detta synsätt anammas ofta av anhängare av den vitt spridda myten att man kan se hur glas har runnit i gamla byggnader.

Mot detta argumenterar andra att fasta föremål är allmänt sett elastiska för små spänningar, medan vätskor inte är det. Även om fasta föremål flyter vid högre spänningar kännetecknas de av detta beteende vid låg spänning. Viskositet kan kanske vara en lämplig egenskap för fasta ämnen i vid plastiskt beteende. Situationen blir något förvirrad eftersom termen viskositet ibland används för fasta ämnen, t ex maxwellska material, för att beskriva förhållandet mellan spänning och relativ elasticitet, snarare än elasticitetsmodul.

Virvelviskositet

I studiet av turbulens i flöden är det normalt förfarande vid beräkningarna att ignorera små virvlar som kan finnas i flödet och i stället beräkna storskaliga rörelser med en virvelviskositet som beteckning för transport och upplösande av energi på liten skala. Typiska värden för virvelviskositet som används vid studiet av havsströmmar ligger högre än 10⁷ Pa·s.

Bibliografi

• Massey, B S (1983) Mechanics of Fluids, 5:e upplagan, ISBN 0442305524

Fysik

Вискозитет | Viscositat | Viskozita | Viskositet | Viskosität | Viscosity | Viskozeco | Viscosidad | Biskositate zinematiko | گرانروی | Viskositeetti | Viscosité | צמיגות | Viskositas | Viscosità | 粘度 | Viskositéit | Viskozitāte | Kelikatan | Viscositeit | Viskositet | Lepkość | Viscosidade | Вязкость | Viskoznost | Độ nhớt | 粘性